KR102302491B1

KR102302491B1 - 체결 장치 및 체결 방법

Info

Publication number: KR102302491B1
Application number: KR1020140149279A
Authority: KR
Inventors: 가츠히로 후지모토; 도시히코 구시다; 다츠오 히라이; 유키오 도리가이; 다츠오 나카하타; 마나부 사이토; 마사오 와타나베
Original assignee: 토네 가부시키가이샤; 가부시키가이샤 수바루
Priority date: 2013-11-05
Filing date: 2014-10-30
Publication date: 2021-09-15
Also published as: US20150122522A1; JP2015089580A; EP2873487B1; EP2873487A1; JP6322387B2; CN104608086B; CN104608086A; US9776453B2; KR20150051886A

Abstract

체결 부재를 조인 후, 체결 부재를 느슨하게 하지 않고 원하는 설정 토크 이상으로 체결되어 있는 것을 확인할 수 있는 체결 장치 및 체결 방법을 제공한다.
본 발명에 관련된 체결 장치는, 토크 검출기(50)에 의해 측정되는 측정 토크가, 미리 설정된 제1 제어 개시 토크에 도달한 후, 단계적으로 증감을 반복하면서 미리 설정된 제1 설정 토크에 도달하도록 모터의 출력을 조정하고, 측정 토크가 제1 설정 토크에 도달하면, 모터로의 전력 공급을 차단하는 제1 체결 공정 후, 제1 체결 공정보다 작은 초기 출력으로 모터를 구동시키고, 토크 검출기에 의해 측정되는 측정 토크가, 미리 설정된 제2 제어 개시 토크에 도달한 후, 단계적으로 증감을 반복하면서 미리 설정된 제2 설정 토크에 도달하도록 모터의 출력을 조정하고, 측정 토크가 제2 설정 토크에 도달하면, 모터로의 전력 공급을 차단하는 제2 체결 공정을 실행한다.

Description

체결 장치 및 체결 방법{TIGHTENING DEVICE AND TIGHTENING METHOD}

본 발명은, 볼트나 너트 등의 체결 부재를 설정 토크 이상으로 조인 것을 확인할 수 있는 체결 장치 및 체결 방법에 관한 것이다.

볼트나 너트 등의 체결 부재의 체결 정밀도를 높이기 위해, 체결 부재에 작용하는 체결 토크를 측정하고, 그 측정 토크가 설정 토크에 도달했을 때에, 체결을 종료하도록 수치 제어된 체결기가 알려져 있다(예를 들어 일본국 특허공개 2013-166211호 공보 참조).

또, 이미 체결된 체결 부재에 토크를 더 가하여 조이는 재체결이 행해지는 경우가 있다(동일 공보 참조).

체결 부재를 조인 후, 또는, 재체결을 행한 후에, 실제로 원했던 설정 토크 이상으로 체결이 행해지고 있는지 어떤지를 확인하는 것이 요구되고 있다.

한편, 차량의 휠 너트의 체결에 있어서, 휠 너트를 조인 후, 길들이기 운전을 행한 후, 규정된 설정 토크로 체결이 행해지고 있는지 어떤지를 확인하기 위해, 일단 조인 휠 너트를 느슨하게 하고, 재차, 체결을 행하고 있다. 이와 같이, 일단 조인 체결 부재를 느슨하게 하고 재체결하면, 새로운 길들이기 운전이 필요해져, 체결 토크가 실제로 설정 토크에 도달하고 있는지 어떤지를 판단하는 것은 어려웠다.

본 발명의 목적은, 체결 부재를 조인 후, 체결 부재를 느슨하게 하지 않고 원하는 설정 토크 이상으로 체결되어 있는 것을 확인할 수 있는 체결 장치 및 체결 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 체결 장치는,

모터와,

상기 모터를 구동하는 모터 구동 회로와,

상기 모터에 의해 회전되며, 선단에 소켓이 장착되어 체결 부재를 조일 수 있는 드라이브축과,

상기 소켓에 작용하는 체결 토크를 검출하는 토크 검출기와,

미리 설정된 설정 토크와, 상기 토크 검출기에 의해 측정된 측정 토크에 의거하여, 상기 모터 구동 회로를 제어하는 제어부를 구비하는 체결 장치로서,

상기 제어부는,

상기 모터 구동 회로를 제어하여, 상기 토크 검출기에 의해 측정되는 측정 토크가, 미리 설정된 제1 제어 개시 토크에 도달한 후, 단계적으로 증감을 반복하면서 미리 설정된 제1 설정 토크에 도달하도록 상기 모터의 출력을 조정하고, 상기 측정 토크가 상기 제1 설정 토크에 도달하면, 상기 모터로의 전력 공급을 차단하는 제1 체결 공정 후,

상기 모터 구동 회로를 제어하여, 상기 제1 체결 공정보다 작은 초기 출력으로 상기 모터를 구동시키고, 상기 토크 검출기에 의해 측정되는 측정 토크가, 미리 설정된 제2 제어 개시 토크에 도달한 후, 단계적으로 증감을 반복하면서 미리 설정된 제2 설정 토크에 도달하도록 상기 모터의 출력을 조정하고, 상기 측정 토크가 상기 제2 설정 토크에 도달하면, 상기 모터로의 전력 공급을 차단하는 제2 체결 공정을 실행한다.

또, 본 발명에 관련된 체결 장치의 제어 방법은,

모터와,

상기 모터를 구동하는 모터 구동 회로와,

상기 소켓에 작용하는 체결 토크를 검출하는 토크 검출기를 구비하는 체결 장치의 제어 방법으로서,

상기 모터 구동 회로를 제어하여, 상기 토크 검출기에 의해 측정되는 측정 토크가, 미리 설정된 제1 제어 개시 토크에 도달한 후, 단계적으로 증감을 반복하면서 미리 설정된 제1 설정 토크에 도달하도록 상기 모터의 출력을 조정하고, 상기 측정 토크가 상기 제1 설정 토크에 도달하면, 상기 모터로의 전력 공급을 차단하는 제1 체결 공정과,

본 발명의 체결 장치 및 체결 방법에 의하면, 제1 체결 공정에서 제1 설정 토크를 목표값으로 하여 체결 부재를 조인 후, 제2 체결 공정은, 제1 체결 공정의 초기 출력보다 작은 초기 출력으로 모터를 구동하고, 제2 설정 토크를 목표값으로 하여 체결이 실시된다. 이 제2 체결 공정을 행함으로써, 체결 부재가 적어도 제2 설정 토크로 조여져 있는 것을 확인할 수 있다.

제2 체결 공정은, 제1 체결 공정보다 모터의 초기 출력이 작고, 또, 단계적으로 증감을 반복하면서 증가하는 체결이기 때문에, 제2 설정 토크에 대해 과도한 체결, 소위 오버슈트를 방지할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 일실시 형태에 관련된 체결 장치의 개략 설명도이다.
도 2는, 본 발명의 일실시 형태에 관련된 체결 장치의 블럭도이다.
도 3은, 본 발명의 일실시 형태에 관련된 체결 방법의 전체적인 흐름을 나타내는 플로차트이다.
도 4는, 본 발명의 일실시 형태에 관련된 체결 장치의 모드 전환 플로우를 나타내는 플로차트이다.
도 5는, 본 발명의 일실시 형태에 관련된 체결 장치의 설정 토크 변경 플로우를 나타내는 플로차트이다.
도 6은, 본 발명의 일실시 형태에 관련된 체결 장치의 체결 플로우를 나타내는 플로차트이다.
도 7(a)는, 제1 체결 공정의 노멀 체결 모드에 있어서의 체결 토크의 변화를 나타내는 그래프, 도 7(b)는, 모터 출력의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8(a)는, 제1 체결 공정의 하드 체결 모드에 있어서의 체결 토크의 변화를 나타내는 그래프, 도 8(b)는, 모터 출력의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9(a)는, 제2 체결 공정의 확인 체결 모드에 있어서의 체결 토크의 변화를 나타내는 그래프, 도 9(b)는, 모터 출력의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 10은, 실시예 1의 결과를 나타내는 표이다.
도 11은, 실시예 2의 결과를 나타내는 표이다.

이하, 본 발명의 체결 장치(10)를, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이 체결을 행하는 본체가 되는 체결기(20)와, 이 체결기(20)를 제어하는 제어 장치(30), 토크를 측정하는 토크 검출기(50)로 구성한 수치 제어식의 체결 장치에 적용한 실시 형태에 대해서 설명한다. 또한, 제어 장치(30)는, 그 기능의 일부 또는 전부를 체결기(20)에 내장하는 구성으로 할 수도 있으며, 또, 제어 장치(30)의 일부의 기능을 외부 PC 등에서 실행하도록 구성해도 된다.

또, 이하의 실시 형태에서는, 체결 공정은, 도 3에 나타내는 바와 같이 제1 체결 공정과 제2 체결 공정으로 이루어지며, 제1 체결 공정은, 체결되는 부재에 따른 노멀 체결 모드와 하드 체결 모드를 포함하며, 제2 체결 공정은, 체결 토크가 설정 토크 이상인지 어떤지를 확인할 수 있는 확인 체결 모드로 되어 있다.

도 1은, 본 발명의 체결 장치(10)의 개략을 설명하는 도이며, 도 2는, 체결 장치(10)의 개략 블럭도이다. 도면에 나타내는 바와 같이, 체결 장치(10)는, 체결기(20)와 제어 장치(30)로 구성되며, 체결기(20)에는, 소켓에 작용하는 토크를 검출하는 토크 검출기(50)를 구비한다.

＜체결기(20)＞

체결기(20)로서, 도 1에 나타내는 실시 형태에서는, 드라이브축(21)이 내축과 외축(22)의 2축식인 전동 렌치를 예시하고 있다. 그러나, 2축식의 것에 한정되지 않고 1축식의 것이어도 되고, 또, 체결기(20)는, 임펙트 렌치, 임펙트 드라이버, 진동·해머 드릴 등이어도 된다.

2축식의 체결기(20)는, 드라이브축(21)이 되는 내축과 외축(22)이, 하우징(23)에 내장된 모터(24)에 의해 서로 역회전 가능하게 되어 있다. 내축과 외축(22)은, 유성 톱니바퀴 기구 등의 감속 기구(28)에 의해 모터(24)에 연계할 수 있다.

체결기(20)는, 내축의 선단에는, 볼트나 너트 등의 체결 부재가 장착 가능한 소켓을 구비한다. 또, 외축(22)의 선단에는, 드라이브축(21)의 축심에 대해 선단이 대략 수직 방향으로 돌출하는 아암을 구비하는 반력 받이(25)가 부착되어 있다.

체결기(20)는, 도 1에 나타내는 트리거 스위치(26)의 조작에 의해, 도 2에 나타내는 제어 장치(30)로부터의 지령을 받아 모터(24)를 구동시키고, 드라이브축(21)을 회전시킨다. 또, 도 1에 나타내는 바와 같이, 체결기(20)에는, 정역 전환용 스위치(27)가 배치되어 있으며, 정역 전환용 스위치(27)를 조작함으로써, 모터(24)의 회전을 역전시키고, 체결 부재의 체결 및 느슨하게 하는 작업을 행할 수 있다. 정역 전환용 스위치(27)는, 감속 기구(28)의 기어 전환이나 클러치 조작 등에 의해, 기구적으로 드라이브축(21)의 정전과 역전을 전환하는 것으로 할 수 있다. 또, 정역 전환용 스위치(27)는, 모터(24)에 공급되는 전압을 반전시키는 스위치여도 된다.

＜토크 검출기(50)＞

체결기(20)에는, 소켓에 작용하는 토크를 검출하는 토크 검출기(50)가 배치된다. 토크 검출기(50)는, 제어 장치(30)에 토크에 관한 신호를 송신한다. 토크 검출기(50)로서, 도 1에 나타내는 바와 같이, 체결 토크를 검출하는 토크 센서(51)를 드라이브축(21)과 소켓 사이에 직접 장착하는 것을 채용할 수 있다. 소켓에 작용하는 토크는, 체결기(20)의 전기 계통, 예를 들어 모터 전류의 변화로부터 검출하는 것이어도 된다. 또, 소켓에 작용하는 토크는, 드라이브축(21)이나 모터(24), 감속 기구(28) 등의 회전 각도로부터 환산하도록 해도 된다.

토크 검출기(50)를 도 1과 같이 드라이브축(21)에 장착하면, 토크 검출기(50)는 드라이브축(21)과 일체 회전하기 때문에, 제어 장치(30)와 유선 접속할 수는 없다. 따라서, 도 2에 나타내는 바와 같이, 토크 센서(51)에서 측정된 체결 토크에 관한 신호는, 증폭 회로(52)에서 증폭시키고, A/D 변환 회로(53)에서 A/D 변환하여 CPU(54)에 입력하고, RF(Radio Frequency) 회로(55) 및 안테나(56)를 경유하여 무선 송신하는 것이 바람직하다. 토크 검출기(50)로의 전원의 공급은 토크 검출기(50)에 소형의 배터리를 탑재함으로써 행할 수 있다.

구체적 실시 형태로서, 토크 센서(51)는, 외축(22)에 접착된 변형 게이지를 예시할 수 있다. 외축(22)에 작용하는 체결 토크는, 변형 게이지의 저항 변화가 전압 변화로서 출력된다.

＜제어 장치(30)＞

제어 장치(30)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 체결기(20)와 접속용 케이블(60)에 의해 전기적으로 접속되어 있으며, 체결기(20)와의 통신 및 체결기(20)에 전원 공급 가능하게 되어 있다. 또, 제어 장치(30)는, 선단에 플러그(61)가 연계된 전원용 케이블(62)에 상용 전원에 접속 가능하게 되어 있다. 또한, 제어 장치(30) 및/또는 체결기(20)를 배터리 내장으로 하고, 제어 장치(30)와 체결기(20)의 접속용 케이블(60)을 생략하여, 이들 사이의 통신을 무선에 의해 행할 수도 있다.

구체적 실시 형태로서, 제어 장치(30)는, 도 1에 나타내는 바와 같이 박스형의 케이싱(31)에, 도 2에 나타내는 제어 수단(32)을 내장하고 있다. 제어 수단(32)은, CPU(34), RAM, ROM 등의 메모리(35), D/A 변환기 등의 다양한 전자 부품을 중심으로 구성된 제어부(33)를 구비하고, 메모리(35)에 기억된 다양한 프로그램 등에 의해 실현될 수 있다. 도 2에서는, 이들의 연계에 의해 실현되는 대표적인 기능에 관한 기능 블록을 그리고 있다. 이들 기능 블록이 하드웨어만, 소프트웨어만 또는 이들의 조합에 의해 실현 가능하다는 것은 당연히 이해되어야 할 것이다.

케이싱(31)의 일면에는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 사용자가 원하는 설정 토크를 표시하는 설정 토크 표시부(40)와, 토크 검출기(50)에서 측정된 체결 토크를 표시하는 측정 토크 표시부(41)를 구비한다. 또, 사용자가 설정 토크를 증감하는 토크 설정 버튼(47, 48), 제1 체결 공정이 되는 노멀 체결 모드와 하드 체결 모드, 또한, 제2 체결 공정의 확인 체결 모드를 전환하는 모드 전환 스위치(44)가 설치되어 있다. 또한, 케이싱(31)에는, 체결 장치(10)의 설정 토크의 설정 가능 범위를 나타내는 토크 설정 범위 표시부(46)가 설치되어 있다.

설정 토크 표시부(40) 및 측정 토크 표시부(41)는, 예를 들어 LED를 채용한 디지털 표시기로 할 수 있다. 이들 또는 어느 한쪽의 표시부는, 체결 장치(10)에 어떠한 이상이 발생한 경우에, 그 이상을 표시하는 에러 표시부를 겸할 수 있다. 또한, 도 1 중, 부호 42는, 토크 설정 버튼(47, 48)을 조작했을 때에, 그 설정 토크를 표시하는 설정 토크 서브 표시부이며, 설정 토크 표시부(40)보다 작게 형성하고 있다.

토크 설정 버튼(47, 48)은, 설정 토크를 작게 하는 마이너스 버튼 47과 크게 하는 플러스 버튼 48이다. 이들 토크 설정 버튼(47, 48)은, 체결 장치(10)에 어떠한 이상이 생겼을 때에, 그 중 하나를 조작함으로써, 에러 해제 버튼으로서도 이용할 수 있다.

모드 전환 스위치(44)는, 제1 체결 공정과 제2 체결 공정의 체결 모드를 전환하는 스위치이며, 예를 들어 다이얼식의 것을 채용할 수 있다. 모드 전환 스위치(44)가 어느 체결 모드로 설정되어 있는지 시인할 수 있도록, 케이싱(31)에는, 대응하는 위치에 「노멀」, 「하드」 및 「확인」의 문자가 기재되어 있다. 물론, 모드 전환 스위치(44)는, 버튼식이나 슬라이드식의 것이어도 된다.

토크 설정 범위 표시부(46)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 체결 장치(10)의 설정 토크의 상한 및 하한을 나타낸다. 토크 설정 범위 표시부(46)는, 도 1에 나타내는 바와 같이 플레이트에 그 설정 범위를 각인하거나, 시일에 인쇄하여, 케이싱(31)에 부착한 것을 예시할 수 있다. 또, 상기 설정 토크 표시부(40) 등과 마찬가지로 디지털 표시기로 할 수도 있다.

제어 수단(32)을 구성하는 제어부(33)는, 도 2에 나타내는 바와 같이 상기한 표시부(40, 41, 42), 버튼(47, 78), 모드 전환 스위치(44)가 각각 접속됨과 함께, 트리거 스위치(26)를 통하여 체결기(20)의 모터(24)를 구동하는 모터 구동 회로(36), 토크 검출기(50)와 무선 통신하기 위한 RF회로(37) 및 안테나(38)가 접속되어 있다. 예를 들어, 모터 구동 회로(36)에 의한 모터(24)의 출력 조정은, 위상 제어나 PWM 제어에 의해 행할 수 있다.

메모리(35)에는, 체결기(20)를 제어하기 위한 모든 프로그램이 기억된다. 예를 들어, 메모리(35)에는, 제1 체결 공정과 제2 체결 공정의 각 체결 모드에 따라 사용자에 의해 설정된 설정 토크, 각 체결 모드에 따른 체결 프로그램이나 각종 파라미터, 체제 중의 체결 모드, 수신된 측정 토크와 설정 토크에 의거하여 모터(24)의 출력을 조정하기 위한 모터 구동 회로(36)의 제어량 등이 기억된다.

상기와 같은 구성의 체결 장치(10)의 제어는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 모드 전환 플로우(단계 S001, 도 4), 설정 토크 변경 플로우(단계 S002, 도 5) 및 제1 체결 공정(단계 S003)과 제2 체결 공정(단계 S004)을 포함하는 체결 플로우(도 6)로 크게 나눌 수 있다.

＜모드 전환 플로우＞

모드 전환 플로우는, 제1 체결 공정과 제2 체결 공정, 본 실시 형태에서는 제1 체결 공정의 노멀 체결 모드와 하드 체결 모드, 제2 체결 공정의 확인 체결 모드를 전환하는 플로우이다.

보다 상세하게는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 모드 전환 스위치(44)가 조작되었을 때에(단계 S101), 체재하는 체결 모드를 제1 체결 공정의 노멀 체결 모드, 하드 체결 모드, 제2 체결 공정의 확인 체결 모드 간에서 전환하고(단계 S102), 제어부(33)의 메모리(35)에 기억시키는 처리이다(단계 S103). 또한, 모드 전환 스위치(44)의 조작은, 오조작을 방지하기 위해, 후술하는 설정 토크 변경 플로우나 제1 체결 공정, 제2 체결 공정 중은 무효로 하는 것이 바람직하다.

＜설정 토크 변경 플로우＞

도 3에 나타내는 바와 같이 모드 전환 플로우(단계 S001) 후, 도 5에 나타내는 설정 토크 변경 플로우(단계 S002)가 실행된다. 이 설정 토크 변경 플로우는, 체결 장치(10)의 초기 설정 시나 각 체결 모드의 설정 토크를 변경하는 경우에, 모드 전환 플로우에 이어서 실행된다. 본 실시 형태에서는, 노멀 체결 모드의 설정 토크(제1 설정 토크), 하드 체결 모드의 설정 토크(제1 설정 토크) 및 확인 체결 모드의 설정 토크(제2 설정 토크)가 설정된다. 이미 설정 토크를 설정 또는 변경한 상태로 체결 장치(10)를 사용하는 경우에는, 설정 토크 변경 플로우의 실행을 스킵할 수 있다.

설정 토크 변경 플로우는, 토크 설정 버튼(47, 78)이 조작되었을 때에, 그 체제 중의 체결 모드에 대한 설정 토크를 설정하고 기억시키는 것이다.

구체적 실시 형태로서, 도 5에 나타내는 바와 같이, 토크 설정 버튼(47, 48)의 조작이 있으면(단계 S201), 제어부(33)는, 토크 설정 버튼(47, 48)의 조작에 따라, 메모리(35)에 기억되어 있는 설정 토크를 그 지정값씩 인크리먼트 또는 디크리먼트한다(단계 S202). 그리고, 새로운 설정 토크를 설정 토크로서 메모리(35)에 기억하는 처리이다(단계 S203).

또한, 토크 설정 버튼(47, 48)의 조작은, 오조작을 방지하기 위해, 모드 전환 플로우나 제1 체결 공정, 제2 체결 공정 중은 무효로 하는 것이 바람직하고, 또, 토크 설정 버튼(47, 48)을 조작한 후, 소정 시간 내에 계속해서 토크 설정 버튼(47, 48)이 조작되는 것을 대기한 후, 단계 S203으로 이행하도록 해도 된다.

＜체결 공정＞

설정 토크 변경 플로우(단계 S002)에 의해, 각 체결 모드의 설정 토크가 설정된 후, 도 3 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 선택된 체결 모드에 따른 실제의 체결 공정(단계 S003, 단계 S004)에 들어간다.

＜체결 모드의 설명＞

여기서, 본 발명의 일실시 형태에 관련된 제1 체결 공정의 노멀 체결 모드, 하드 체결 모드와, 제2 체결 공정의 확인 체결 모드의 각 체결 모드의 개요에 대해서 설명한다.

어느 체결 모드에 있어서도, 도 7 내지 도 9에 나타내는 바와 같이, 값은 상이하지만, 소정의 초기 출력(V0)으로 모터(24)를 기동하여, 초기 출력(V0)을 유지한다. 그리고, 토크 검출기(50)에서 검출되는 측정 토크가, 소정의 제어 개시 토크(VF)(제1 체결 공정에서는 제1 제어 개시 토크, 제2 체결 공정에서는 제2 제어 개시 토크)에 도달한 후, 측정 토크에 의거하여, 모터(24)의 출력을 피드백 제어하는 것이다. 피드백 제어에서는, 각각 소정의 모터(24)의 상한 출력(VR)과 하한 출력(VB)의 범위 내에서 출력을 조정하면서 모터(24)를 구동한다. 이것에 의해, 측정 토크는, 단계적으로 증감을 반복하면서 상승한다.

그리고, 측정 토크가, 미리 설정된 설정 토크에 도달하면, 상기 모터로의 전력 공급을 차단하도록 하고 있다.

＜노멀 체결 모드(제1 체결 공정)＞

노멀 체결 모드는, 모터(24)의 초기 출력이 큰 체결 모드이며, 목표 토크의 10%에서 100%까지의 토크 증분이 각도 변위 27° 초과에 상당하는 체결 대상의 체결(ISO5393)에 적합한 체결 모드이다.

노멀 체결 모드는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 모터(24)의 초기 출력(V0)이 3개의 체결 모드 중에서 가장 크다(도 7 내지 도 9 참조). 따라서, 목표 토크의 10%에서 100%까지의 토크 증분이 각도 변위 27° 이하에 상당하는 체결 대상의 체결에 이 노멀 체결 모드를 사용하면, 체결 토크가 오버슈트되어 버릴 우려가 있다. 한편, 모터(24)의 초기 출력이 크기 때문에, 단시간에 체결을 행할 수 있는 이점이 있다.

＜하드 체결 모드(제1 체결 공정)＞

하드 체결 모드는, 목표 토크의 10%에서 100%까지의 토크 증분이 각도 변위 27° 이하에 상당하는 체결 대상의 체결(ISO5393)에 적합한 체결 모드이다.

하드 체결 모드는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 모터(24)의 초기 출력(V0)이 노멀 체결 모드 이하이며, 다음에 설명하는 확인 체결 모드보다 큰 체결 모드이다. 이 때문에, 체결 토크가 오버슈트되는 것을 막을 수 있지만, 노멀 체결 모드보다 체결에 시간이 걸리게 된다.

＜확인 체결 모드(제2 체결 공정)＞

확인 체결 모드는, 상기한 제1 체결 공정의 노멀 체결 모드 또는 하드 체결 모드 후에, 어느 하나의 체결 모드로 조여진 체결 부재가, 소정의 토크 이상으로 조여져 있는지 어떤지를 확인하기 위한 체결 모드이다.

확인 체결 모드는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 모터(24)의 초기 출력(V0)이 노멀 체결 모드 및 하드 체결 모드보다 작은 체결 모드이다.

이와 같이, 확인 체결 모드는, 모터(24)의 초기 출력(V0)을 작게 설정함으로써, 소정의 설정 토크에 도달하기까지 시간은 더 걸리지만, 과도한 체결(오버슈트)을 방지할 수 있는 이점이 있다.

보다 상세한 각 체결 모드의 제어 플로우를 도 6에 나타낸다. 또한, 제1 체결 공정과 제2 체결 공정을 합쳐서 설명하지만, 체결 부재를 조일 때에, 우선, 단계 S003의 제1 체결 공정(노멀 체결 모드 또는 하드 체결 모드)을 실행하고, 소정의 설정 토크로 체결 부재를 조인 후, 단계 S004의 제2 체결 공정(확인 체결 모드)이 실행된다.

제1 체결 공정에 있어서의 노멀 체결 모드와 하드 체결 모드의 선택은, 목표 토크의 10%에서 100%까지의 토크 증분이 각도 변위 27° 초과에 상당하는 체결 대상이면 노멀 체결 모드, 목표 토크의 10%에서 100%까지의 토크 증분이 각도 변위 27° 이하에 상당하는 체결 대상이면 하드 체결 모드로 할 수 있다.

체결 플로우는, 체결기(20)의 소켓을 체결 부재에 끼운 상태로, 트리거 스위치(26)를 온으로 함으로써 개시된다(단계 S301). 도 1에 나타내는 체결기(20)에서는, 사용자가 손가락으로 트리거 스위치(26)를 당김으로써 온이 된다.

트리거 스위치(26)가 온이 되면(단계 S301), 제어부(33)는, 메모리(35)를 참조하여, 체재하고 있는 체결 모드와 그 설정 토크에 따라 모터 구동 회로(36)로부터 모터(24)에 공급되는 전력을 제어하고, 모터(24)를 초기 출력(V0)으로 구동한다(단계 S302). 이것에 의해, 반력 받이(25)가 소켓의 체결 방향과는 역방향으로 회전하여 다른 체결 부재 등에 맞닿아, 소켓에 의한 체결 부재의 체결이 개시된다.

초기 출력(V0)은, 예를 들어, 모터(24)의 최저 시동 출력을 VB로 하면, 노멀 체결 모드의 초기 출력＞하드 체결 모드의 초기 출력＞확인 체결 모드의 초기 출력≥VB로 한다. 확인 체결 모드의 초기 출력을 최저 시동 출력(VB)과 일치 또는 무한히 가까워지게 함으로써, 보다 적합한 확인 체결을 행할 수 있다.

모터(24)가 구동을 개시하면, 토크 검출기(50)는, 소켓에 작용하는 토크를 검지하여, 측정 토크로서 제어 수단(32)에 송신한다. 그 측정 토크가, 각 체결 모드에 따른 규정의 제어 개시 토크(VF)에 도달할 때까지, 초기 출력(V0)으로 모터를 구동한다(단계 S303의 No, 도 7 내지 도 9의 원숫자 1의 범위). 측정 토크가, 규정의 제어 개시 토크(VF)에 도달하면(단계 S303의 Yes, 도 7 내지 도 9의 P), 모터 피드백 제어를 개시한다(단계 S304, 도 7 내지 도 9의 원숫자 2의 범위). 또한, 규정의 토크(VF)는, 체결 모드에 따라 설정할 수 있다. 제어 개시 토크(VF)는, 제1 체결 공정(제1 제어 개시 토크)과 제2 체결 공정(제2 제어 개시 토크)에서 각각 설정할 수 있으며, 이 경우 제1 제어 개시 토크(VF)≥제2 제어 개시 토크(VF)로 한다. 바람직하게는, 노멀 체결 모드의 제어 개시 토크(VF)≥하드 체결 모드의 제어 개시 토크(VF)＞확인 체결 모드의 제어 개시 토크(VF)로 한다. 예를 들어, 도 7 내지 도 9에서는, 노멀 체결 모드의 제어 개시 토크는 설정 토크 T의 0.7배(VF=T×0.7), 하드 체결 모드의 제어 개시 토크도 설정 토크 T의 0.7배(VF=T×0.7), 확인 체결 모드의 제어 개시 토크는 VF=50N·m(＜T×0.5)로 하고 있다.

모터 피드백 제어(단계 S304)에서는, 도 7 내지 도 9에 나타내는 바와 같이, 토크 검출기(50)로부터의 측정 토크에 의거하여, 측정 토크의 상승률이 소정값보다 큰 경우에는(단계 S305의 Yes), 제어부(33)는, 모터 구동 회로(36)로부터 모터(24)에 공급되는 전력을 낮추도록 제어하고(단계 S306), 측정 토크의 상승률이 상기 소정값 이하이면(단계 S305의 No), 이어지는 단계 S307로 진행한다.

도 7 내지 도 9에 나타내는 바와 같이, 반대로, 토크 검출기(50)로부터의 측정 토크의 상승률이 소정값보다 작은 경우에는(단계 S307의 Yes), 제어부(33)는, 모터 구동 회로(36)로부터 모터(24)에 공급되는 전력을 올리도록 제어하고(단계 S308), 측정 토크의 상승률이 상기 소정값 이상이면(단계 S307의 No), 이어지는 단계 S309로 진행한다.

상기 피드백 제어(단계 S305~S308)는, 토크 검출기(50)로부터의 측정 토크가, 각각의 체결 모드에 대응하여 설정된 설정 토크 T에 도달할 때까지 실행된다(단계 S309의 No). 측정 토크가, 설정 토크 T에 도달하면(단계 S309의 Yes), 제어부(33)는, 모터 구동 회로(36)로부터의 모터(24)로의 전력의 공급을 차단하여, 모터(24)의 출력을 정지시킨다(단계 S310, 도 7 내지 도 9의 원숫자 3).

각 체결 모드에 대응한 상기 체결 플로우에 있어서의 체결 토크의 변화를 나타내는 그래프와 모터(24)의 출력의 변화를 나타내는 그래프를, 각각 도 7 내지 도 9에 (a) 및 (b)로 나타낸다.

도 7 내지 도 9를 참조하면, 어느 체결 모드에 있어서도, 측정 토크는 초기 출력(V0)으로부터 대략 직선 형상으로 증가해 가며, 체결 모드에 따른 제1 제어 개시 토크 또는 제2 제어 개시 토크(VF)에 도달하면, 단계적으로 증감을 반복하면서 증가하여, 설정 토크 T에 가까워지고 있는 것을 알 수 있다.

제1 체결 공정인 노멀 체결 모드와 하드 체결 모드는, 모터(24)의 초기 출력이 크기 때문에, 체결은 단시간에 행할 수 있는 반면, 체결 토크가 오버슈트되어 버릴 우려가 있다. 이 경우, 체결 토크를 확인하는 제2 체결 공정에서 노멀 체결 모드나 하드 체결 모드로 체결을 행하면, 더 큰 체결 토크로 조여져 버린다.

본 발명에서는, 제2 체결 공정에서 노멀 체결 모드나 하드 체결 모드보다 모터(24)의 초기 출력(V0)이 작은 확인 체결 모드에서 체결 토크를 확인하도록 하고 있기 때문에, 오버슈트는 거의 발생하지 않는다. 따라서, 체결 부재가 설정된 체결 토크 이상으로 조여진 것을 정확하게 확인할 수 있다.

즉, 제1 체결 공정에서 체결 토크가 설정 토크에 못 미친 체결 부재에 제2 체결 공정을 실시하면, 설정 토크까지 체결 토크를 상승시킬 수 있다. 한편, 제1 체결 공정에서 체결 토크가 설정 토크 이상이 되어 있는 체결 부재에 제2 체결 공정을 실시하면, 체결 부재의 체결 토크를 더 상승시키거나, 느슨하게 하는 일 없이, 설정 토크 이상으로 조여져 있는 것을 확인할 수 있다.

제2 체결 공정에서는, 체결 부재를 느슨하게 하지 않고 설정 토크 이상으로 조여져 있는 것을 확인할 수 있기 때문에, 종래, 일단 느슨하게 하고 나서 재체결을 행하고 있는 휠 너트의 체결에 대한 적용에 효과가 높다.

상기 설명은, 본 발명을 설명하기 위한 것이며, 특허 청구의 범위에 기재된 발명을 한정하거나, 혹은 범위를 한정 축소하듯이 해석해서는 안되다. 또, 본 발명의 각부 구성은, 상기 실시예에 한정되지 않고, 특허 청구의 범위에 기재된 기술적 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 물론이다.

예를 들어, 제1 체결 공정과 제2 체결 공정은, 각 체결 부재에 대해 연속해서 실행할 수도 있고, 복수의 체결 부재에 제1 체결 공정을 실행한 후, 이들 복수의 체결 부재에 대해 제2 체결 공정을 합쳐서 실행해도 된다. 또, 다른 체결 장치에 의해 체결된 체결 부재에 대해, 제2 체결 공정 만을 실행하도록 해도 된다.

＜실시예＞

＜실시예 1＞

목표 토크의 10%에서 100%까지의 토크 증분이 각도 변위 27° 이하에 상당하는 체결 대상에 체결을 행했다. 체결은, 판두께 51mm의 철판에 대해, 체결 부재로서 고력 육각 볼트(JIS B 1186), F10T, 호칭지름 M45, 길이 130mm를 사용했다.

설정 토크는 T=600N·m이며, 제1 체결 공정으로서, 10N·m 착좌 상태로부터 노멀 체결 모드와 하드 체결 모드를 각각 실시했다. 결과를 도 10에 나타낸다.

도 10을 참조하면, 노멀 체결 모드는, 하드 체결 모드보다, 체결 토크가 크게 오버슈트되어 있다. 이들로부터, 목표 토크의 10%에서 100%까지의 토크 증분이 각도 변위 27° 이하에 상당하는 체결 대상의 제1 체결 공정에는, 하드 체결 모드가 적합하다는 것을 알 수 있다.

이어서, 상기 체결 대상에 제1 체결 공정에서 600N·m로 체결을 행한 후, 제2 체결 공정을 실시했다. 제2 체결 공정은, 확인 체결 모드와, 비교를 위한 하드 체결 모드이다. 결과를 도 10에 나타낸다.

도 10을 참조하면, 확인 체결 모드는, 모터(24)의 초기 출력이 작은 만큼, 하드 체결 모드보다 정밀도가 좋은 체결 토크로 체결을 행할 수 있었던 것을 알 수 있다.

상기로부터, 목표 토크의 10%에서 100%까지의 토크 증분이 각도 변위 27° 이하에 상당하는 체결 대상의 체결에는, 제1 체결 공정으로서 하드 체결 모드, 제2 체결 공정으로서 확인 체결 모드의 조합을 채용하는 것이 적합하다는 것을 알 수 있다.

＜실시예 2＞

목표 토크의 10%에서 100%까지의 토크 증분이 각도 변위 27° 초과에 상당하는 체결 대상에 체결을 행했다. 체결은, 판두께 40mm의 철판에 대해, 체결 부재로서 고력 육각 볼트(JIS B 1186), F10T, 호칭지름 M24, 길이 90mm를 사용했다.

설정 토크는 T=600N·m이며, 제1 체결 공정으로서, 10N·m 착좌 상태로부터 노멀 체결 모드와 하드 체결 모드를 각각 실시했다. 결과를 도 11에 나타낸다.

도 11을 참조하면, 노멀 체결 모드는, 하드 체결 모드보다, 체결 토크가 크게 오버슈트되어 있다. 그러나, 실시예 1과 비교하여, 그 오버슈트량은 작다. 따라서, 목표 토크의 10%에서 100%까지의 토크 증분이 각도 변위 27° 초과에 상당하는 체결 대상의 체결의 제1 체결 공정에는, 단시간에 체결을 행할 수 있는 노멀 체결 모드가 적합하다는 것을 알 수 있다.

이어서, 상기 체결 대상에 제1 체결 공정에서 600N·m로 체결을 행한 후, 제2 체결 공정을 실시했다. 제2 체결 공정은, 확인 체결 모드와, 비교를 위한 하드 체결 모드이다. 결과를 도 11에 나타낸다.

도 11을 참조하면, 확인 체결 모드는, 모터(24)의 출력이 작은 만큼, 하드 체결 모드보다 정밀도가 좋은 체결 토크로 체결을 행할 수 있었던 것을 알 수 있다.

상기로부터, 목표 토크의 10%에서 100%까지의 토크 증분이 각도 변위 27° 초과에 상당하는 체결 대상의 체결에는, 제1 체결 공정으로서 노멀 체결 모드, 제2 체결 공정으로서 확인 체결 모드의 조합을 채용하는 것이 적합하다는 것을 알 수 있다.

10 체결 장치 20 체결기
30 제어 장치 33 제어부
36 모터 구동 회로 44 모드 전환 스위치
50 토크 검출기

Claims

모터와,
상기 모터를 구동하는 모터 구동 회로와,
상기 모터에 의해 회전되며, 선단에 소켓이 장착되어 체결 부재를 조일 수 있는 드라이브축과,
상기 소켓에 작용하는 체결 토크를 검출하는 토크 검출기와,
미리 설정된 설정 토크와, 상기 토크 검출기에 의해 측정된 측정 토크에 의거하여, 상기 모터 구동 회로를 제어하는 제어부를 구비하는 체결 장치로서,
상기 제어부는,
상기 모터 구동 회로를 제어하여, 상기 토크 검출기에 의해 측정되는 측정 토크가, 미리 설정된 제1 제어 개시 토크에 도달한 후, 단계적으로 증감을 반복하면서 상기 미리 설정된 설정 토크에 도달하도록 상기 모터의 출력을 조정하고, 상기 측정 토크가 상기 미리 설정된 설정 토크에 도달하면, 상기 모터로의 전력 공급을 차단하는 제1 체결 공정 후,
상기 모터 구동 회로를 제어하여, 상기 체결 부재의 체결 토크가 오버슈트하는 것을 방지하기 위하여 상기 제1 체결 공정보다 작은 초기 출력으로 상기 모터를 구동시키고, 상기 토크 검출기에 의해 측정되는 측정 토크가, 미리 설정된 제2 제어 개시 토크에 도달한 후, 단계적으로 증감을 반복하면서 상기 미리 설정된 설정 토크에 도달하도록 상기 모터의 출력을 조정하고, 상기 측정 토크가 상기 미리 설정된 설정 토크에 도달하면, 상기 모터로의 전력 공급을 차단하는 제2 체결 공정을 실행하는 것을 특징으로 하는 체결 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 제어 개시 토크는 상기 제1 제어 개시 토크보다 작은, 체결 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 토크 검출기는 드라이브축에 장착되며,
상기 토크 검출기와 상기 제어부는 무선 통신에 의해 신호의 송수신을 행하는, 체결 장치.
모터와,
상기 모터를 구동하는 모터 구동 회로와,
상기 모터에 의해 회전되며, 선단에 소켓이 장착되어 체결 부재를 조일 수 있는 드라이브축과,
상기 소켓에 작용하는 체결 토크를 검출하는 토크 검출기를 구비하는 체결 장치의 제어 방법으로서,
상기 모터 구동 회로를 제어하여, 상기 토크 검출기에 의해 측정되는 측정 토크가, 미리 설정된 제1 제어 개시 토크에 도달한 후, 단계적으로 증감을 반복하면서 미리 설정된 설정 토크에 도달하도록 상기 모터의 출력을 조정하고, 상기 측정 토크가 상기 미리 설정된 설정 토크에 도달하면, 상기 모터로의 전력 공급을 차단하는 제1 체결 공정과,
상기 모터 구동 회로를 제어하여, 상기 체결 부재의 체결 토크가 오버슈트하는 것을 방지하기 위하여 상기 제1 체결 공정보다 작은 초기 출력으로 상기 모터를 구동시키고, 상기 토크 검출기에 의해 측정되는 측정 토크가, 미리 설정된 제2 제어 개시 토크에 도달한 후, 단계적으로 증감을 반복하면서 상기 미리 설정된 설정 토크에 도달하도록 상기 모터의 출력을 조정하고, 상기 측정 토크가 상기 미리 설정된 설정 토크에 도달하면, 상기 모터로의 전력 공급을 차단하는 제2 체결 공정을 실행하는 것을 특징으로 하는 체결 장치의 제어 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 제2 제어 개시 토크는 상기 제1 제어 개시 토크보다 작은, 체결 장치의 제어 방법.
청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
복수의 상기 체결 부재에 대해, 상기 제1 체결 공정을 실행한 후,
상기 복수의 체결 부재에 대해, 상기 제2 체결 공정을 실행하는, 체결 장치의 제어 방법.